(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023056363
(43)【公開日】2023-04-19
(54)【発明の名称】フランジ接合装置及びフランジの接合方法
(51)【国際特許分類】
F16L 23/036 20060101AFI20230412BHJP
【FI】
F16L23/036
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021165670
(22)【出願日】2021-10-07
(71)【出願人】
【識別番号】000105556
【氏名又は名称】コスモ工機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098729
【弁理士】
【氏名又は名称】重信 和男
(74)【代理人】
【識別番号】100204467
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 好文
(74)【代理人】
【識別番号】100148161
【弁理士】
【氏名又は名称】秋庭 英樹
(74)【代理人】
【識別番号】100195833
【弁理士】
【氏名又は名称】林 道広
(72)【発明者】
【氏名】東海林 卓也
【テーマコード(参考)】
3H016
【Fターム(参考)】
3H016AC01
3H016AC04
3H016AD05
3H016AE02
(57)【要約】
【課題】既存の密封部材に対して押圧による過度な負荷をかけずに、一対のフランジに広い領域に亘って安定した押圧力を与えることのできるフランジ接合装置及びフランジの接合方法を提供する。
【解決手段】一方の管路構成部材1におけるフランジ1aと、他方の管路構成部材1’におけるフランジ1a’との接合を補強するフランジ接合装置10であって、フランジ1a,1a’の貫通孔1b,1b’に挿通されて締結される締結具31と、締結具31の締結作用によってフランジ面1d,1d’に当接する周方向に延びる延出部13,14,23,24と、を備える。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方の管路構成部材におけるフランジと、他方の管路構成部材におけるフランジとの接合を補強するフランジ接合装置であって、
前記フランジの貫通孔に挿通されて締結される締結具と、
前記締結具の締結作用によって前記フランジ面に当接する周方向に延びる延出部と、を備えることを特徴とするフランジ接合装置。
【請求項2】
前記延出部は、周方向両側に均等に延びていることを特徴とする請求項1に記載のフランジ接合装置。
【請求項3】
前記延出部は、前記フランジに係止される回転防止手段を有していることを特徴とする請求項1または2に記載のフランジ接合装置。
【請求項4】
前記延出部は、周方向に延びるリブを有していることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のフランジ接合装置。
【請求項5】
前記延出部は、前記フランジ面に当接する突起を有していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のフランジ接合装置。
【請求項6】
一方の管路構成部材におけるフランジと、他方の管路構成部材におけるフランジとの接合を補強するフランジ接合装置による一対のフランジの接合方法であって、
既設のボルトナットを取り外す工程と、
前記フランジの貫通孔に、前記フランジの周方向に配置した延出部を介して締結具を挿通する工程と、
前記締結具の締結作業を開始し、前記延出部において前記締結具により押圧される位置と、当該締結具より離間した位置と、を前記フランジ面に当接させた状態で前記締結作業を完了する工程と、を含むことを特徴とするフランジ接合装置による一対のフランジの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体管同士のフランジに装着するフランジ接合装置及びフランジの接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
水やガス等が流れる管路を構成する管路構成部材には、隣接する管路構成部材の間に密封部材を配置し、対向配置される一対のフランジをボルトナットにより接合することで、連結されるものが知られている。
【0003】
このような管路構成部材同士の接続箇所においては、長期間の使用により管路構成部材そのものの劣化、ボルトナットによる接合の弛み等が生じる場合がある。そのため、既設のボルトナットを新規のボルトナットに更新する保全措置が行われる。この保全措置において、一対のフランジの接合を補強するために、フランジ接合装置が用いられる場合もある。
【0004】
例えば、特許文献1のフランジ接合装置は、対向配置される一対のフランジそれぞれの貫通孔に挿通されて締結される新規のボルトナットと、隣り合うボルトナットの間に配置されて一対のフランジを締結する補強具と、から構成されている。補強具は、各フランジよりも外径側に設けられた締結具を増し締めすることで、一対のフランジを挟圧可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2020-101289号公報(第8,9頁、第6図)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このような特許文献1のフランジ接合装置にあっては、フランジの周方向において、新規のボルトナットによって一対のフランジを接合することに加え、補強具によっても一対のフランジを接合することができる。すなわち、周方向の広い領域において一対のフランジを近接方向に押圧することで、一対のフランジの接合を補強することができる。
【0007】
ところで、新規のボルトナット及び補強具を用いてフランジを接合するにあたっては、一対のフランジに作用するそれぞれの締め付けトルクを所定の値に揃える必要がある。そのためには、まず既設のボルトナットを新規のボルトナットに取り換え、新規のボルトナットの締め付けトルクを所定の値に到達させる。続けて補強具を配置し、その締め付けトルクを所定の値に到達させる。
【0008】
このように、予め締結が想定されている新規のボルトナットとは別に補強具による締結が加わることで、一対のフランジにおいて、補強具の締め付けトルクが隣接する新規のボルトナット周辺の領域に作用する。これにより、当該ボルトナットの締め付けトルクが低下するため、再び締め付けトルクを所定の値に到達させる必要がある。すなわち、所定のボルトナット及び補強具それぞれの締め付けトルクが所定の値に揃うまで、新規のボルトの増し締めと、補強具の増し締めを交互に繰り返し行う必要がある。
【0009】
しかしながら、密封部材は、経年劣化により密封部材に硬化、亀裂等が生じている場合があり、特許文献1のフランジ接合装置のように増し締めを繰り返すことで、密封部材が過度に押圧され、密封部材の破断、粉状化等が生じて、流体漏洩のさらなる原因となる虞があった。
【0010】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、既存の密封部材に対して押圧による過度な負荷をかけずに、一対のフランジに広い領域に亘って安定した押圧力を与えることのできるフランジ接合装置及びフランジの接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記課題を解決するために、本発明のフランジ接合装置は、
一方の管路構成部材におけるフランジと、他方の管路構成部材におけるフランジとの接合を補強するフランジ接合装置であって、
前記フランジの貫通孔に挿通されて締結される締結具と、
前記締結具の締結作用によって前記フランジ面に当接する周方向に延びる延出部と、を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、締結具の締結作用と同時に延出部がフランジ面に当接し、締結具による締め付けトルクが、締結具の位置からフランジの周方向に分散されるため、既存の密封部材に対して押圧による過度な負荷をかけずに、一対のフランジに広い領域に亘って安定した押圧力を与えることができる。
【0012】
前記延出部は、周方向両側に均等に延びていることを特徴としている。
この特徴によれば、締結具による締め付けトルクが周方向両側に均等に分散されやすくなるため、締結具で延出部をフランジ面に対して押圧させる効率がよい。
【0013】
前記延出部は、前記フランジに係止される回転防止手段を有していることを特徴としている。
この特徴によれば、フランジ接合装置の取り付けが容易である。
【0014】
前記延出部は、周方向に延びるリブを有していることを特徴としている。
この特徴によれば、締結具の締付力を締結具よりも離間した位置に及ぼすことができる。
【0015】
前記延出部は、前記フランジ面に当接する突起を有していることを特徴としている。
この特徴によれば、締結具の締め付けトルクを締結具よりも離間した位置に確実に及ぼすことができる。
【0016】
一方の管路構成部材におけるフランジと、他方の管路構成部材におけるフランジとの接合を補強するフランジ接合装置による一対のフランジの接合方法であって、
既設のボルトナットを取り外す工程と、
前記フランジの貫通孔に、前記フランジの周方向に配置した延出部を介して締結具を挿通する工程と、
前記締結具の締結作業を開始し、前記延出部において前記締結具により押圧される位置と、当該締結具より離間した位置と、を前記フランジ面に当接させた状態で前記締結作業を完了する工程と、を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、締結具の締結作用と同時に延出部がフランジ面に当接し、締結具による締め付けトルクが、締結具の位置からフランジの周方向に分散されるため、既存の密封部材に対して押圧による過度な負荷をかけずに、一対のフランジに広い領域に亘って安定した押圧力を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】実施例1における管路構成部材のフランジ同士を既設のボルトナットで接合している様子を示す正面図である。
【
図2】管路構成部材のフランジ同士を接合しているフランジ接合装置を示す正面図である。
【
図3】管路構成部材のフランジ同士を接合しているフランジ接合装置を示す平面図である。
【
図4】フランジ接合装置を構成する1つのフランジ接合ユニットの分解斜視図である。
【
図5】フランジ接合装置の取り付けを説明するための正面図である。
【
図6】フランジ接合装置により一対のフランジを押圧する様子を模式的に示す平面図である。
【
図7】実施例2におけるフランジ接合装置を示す正面図である。
【
図8】(a)は、取り付け途中の実施例2におけるフランジ接合装置の要部を拡大して示す正面図であり、(b)は、取り付け後の実施例2におけるフランジ接合装置の要部を拡大して示す正面図である。
【
図9】実施例2におけるフランジ接合装置により一対のフランジを押圧する様子を概略的に示す平面図である。
【
図10】実施例3におけるフランジ接合装置を示す正面図である。
【
図11】(a)は、取り付け途中の実施例3におけるフランジ接合装置の要部を拡大して示す正面図であり、(b)は、取り付け後の実施例3におけるフランジ接合装置の要部を拡大して示す正面図である。
【
図12】実施例3におけるフランジ接合装置により一対のフランジを押圧する様子を概略的に示す平面図である。
【
図13】実施例4におけるフランジ接合装置を示す平面図である。
【
図14】実施例5におけるフランジ接合装置を示す平面図である。
【
図15】実施例5におけるフランジ接合装置を示す正面図である。
【
図16】実施例6におけるフランジ接合装置を示す平面図である。
【
図17】実施例6におけるフランジ接合装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明に係るフランジ接合装置及びフランジの接合方法を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
【実施例0019】
実施例1に係るフランジ接合装置につき、
図1から
図6を参照して説明する。
図1を参照して、地中に埋設される流体管路は、複数の流体管1,1’,…を互いに接続することにより構成されている。なお、流体管1,1’内の流体は、例えば、上水や工業用水、下水等の他、ガスやガスと液体との気液混合体であっても構わない。また、一方又は両方の管路構成部材は、流体管に限らず、補修弁等の構造部材であってもよく、その他バルブや継手などであってもよい。
【0020】
流体管1,1’は、ダクタイル鋳鉄管であって、断面視略円筒状に形成されている。なお、本発明に係る流体管は、その他鋳鉄、鋼等の金属製、あるいはコンクリート製、塩化ビニール製、ポリエチレン製若しくはポリオレフィン製等であってもよい。さらになお、流体管の内周面はエポキシ樹脂層、モルタル、めっき等により被覆されてもよく、若しくは適宜の材料を粉体塗装により流体管の内周面に被覆してもよい。
【0021】
流体管1,1’は、端部に管軸に対して直交する径方向に張り出す円形のフランジ1a,1a’をそれぞれ有している。また、フランジ1a,1a’には、その軸方向と略平行に貫通する貫通孔1bまたは貫通孔1bが’周方向に4等配されている。また、フランジ1aは、フランジ1a’に対向配置される端部に、流体管1の管軸方向に沿ってわずかに突出している環状突出部が形成されている、いわゆるRF(Raised Face)フランジである。これは、フランジ1a’についても同様である。
【0022】
流体管1,1’は、互いの環状突出部の間に弾性を有するガスケットP(密封部材)を介在させた状態でフランジ1a,1a’の貫通孔1b,1b’に接続ボルト2aを挿通し、接続ボルト2aにナット2bを取り付け、接続ボルト2a及びナット2bによってフランジ1a,1a’を締め付けることで接続されている。
【0023】
このような流体管1,1’の接続態様にあっては、ガスケットPの弾性変形により生じる復元力、流体管1,1’内の流体の圧力、地震等の不測の外力、老朽化による錆の発生等により、複数の接続ボルト2a及びナット2bに弛みや劣化が生じる場合がある。そのため、所定期間以上が経過することで、既設の接続ボルト2a及びナット2bを新規の接続ボルト及びナットに取り換える保全措置が必要となってくる。
【0024】
図2及び
図3に示されるように、本発明のフランジ接合装置10は、新規の接続ボルト及びナットの替りにフランジ1a,1a’を接合するために取り付けられるものである。以降、フランジ接合装置10について説明する。
【0025】
図2及び
図3に示されるように、フランジ接合装置10は、本実施例では一対のフランジ1a,1a’に対して周方向に4等配されているフランジ接合ユニット10A,10B,10C,10Dから構成されている。なお、各フランジ接合ユニット10A~10Dは、
図3において、12時方向にあるものがフランジ接合ユニット10C、3時方向にあるものがフランジ接合ユニット10B、6時方向にあるものがフランジ接合ユニット10A、9時方向にあるものがフランジ接合ユニット10Dである。また、説明の便宜上異なる符号を付しているが、共に同一構成であるため、以下の説明においては、特に断らない限り、フランジ接合ユニット10Aを例に説明する。
【0026】
図2~
図4に示されるように、フランジ接合ユニット10Aは、流体管1のフランジ1a側に配置される第1補強具11と、流体管1’のフランジ1a’側に配置される第2補強具21と、第1補強具11及び第2補強具21を接合するための締結ボルト31及びナット32(締結具)と、から主に構成されている。
【0027】
第1補強具11は、締結ボルト31が挿通される貫通孔12aが形成された円筒状の基部12と、
図3において基部12より時計回り方向に延びる第1延出部13と、
図3において基部12より反時計回り方向に延びる第2延出部14と、から主に構成されている。
【0028】
第1延出部13は、フランジ1aの外周面1cに沿って湾曲しながら延びる平板状である。また、フランジ1aに対向する対向面13aは直線状に延びる平坦面となっており、基部12の対向面12bと同一平面状を成している。
【0029】
また、第1延出部13には、対向面13aとは反対側の端面に、その幅方向中心に沿って延びるリブ13bが形成されている。これにより、第1延出部13の構造強度を確保しつつ、軽量化がなされている。
【0030】
また、第1延出部13には、その幅方向外側、すなわちフランジ1aの外径側に、対向面13aより下方に突出している板状の係止片13c(回転防止手段)が形成されている。
【0031】
第2延出部14は、第1延出部13に対して周方向に対称形状に形成されており、第1延出部13と同様に、基部12の対向面12bと同一平面状に形成された対向面14a、リブ14b及び係止片14c(回転防止手段)を有している。
【0032】
図2に示されるように、第2補強具21は、第1補強具11に対してフランジ1a,1a’の軸方向に対称形状に形成されており、第1補強具11と同様に、基部22と、第1延出部23と、第2延出部24と、から主に構成されている。なお、第1延出部23は、第1補強具11の第1延出部13に対向配置され、第2延出部24は、第1補強具11の第2延出部14に対向配置される。
【0033】
基部22には、貫通孔22aが形成されている。第1延出部23は、第1補強具11の第1延出部13と同様に、基部22の対向面22bと同一平面状に形成された対向面23a、リブ23b及び係止片23cを有している。第2延出部24は、第1補強具11の第2延出部14と同様に、基部22の対向面22bと同一平面状に形成された対向面24a、リブ24b及び係止片24cを有している。
【0034】
次に、フランジ接合装置10による一対のフランジ1a,1a’の接合方法について説明する。本説明を行うにあたって、
図1に示されるように、フランジ1a,1a’は、各貫通孔1b,1b’を通じて取り付けられている既設の接続ボルト2a及びナット2bによって接合されているものとする。
【0035】
まず、
図1~
図6を参照して、周方向に4等配されている接続ボルト2a及びナット2bのうち、
図3における6時方向に位置する接続ボルト2a及びナット2bのみを取り外す。
【0036】
次いで、
図5に示されるように、接続ボルト2a及びナット2bを取り外した貫通孔1b,1b’(
図1参照)に、第1補強具11の基部12の貫通孔12aに挿通させた締結ボルト31の雄ネジ部31aを挿通させる。続けて、第2補強具21の基部22の貫通孔22aを通じて、第2補強具21を流体管1’側から締結ボルト31の雄ネジ部31aに外嵌する。
【0037】
次いで、ナット32の雌ネジ部32a(
図4参照)を締結ボルト31の雄ネジ部31aに螺合させ、締結作業を開始する。締結作業では、締結ボルト31の回り止めをした状態で、例えばトルクレンチ(図示略)等の締結治具を用いて、締め付けトルクが所定の値に到達するまでナット32を回転させ、フランジ1a,1a’を締め付ける。なお、締結作業では、ナット32の回り止めをした状態で、締結ボルト31を回転させてもよい。
【0038】
この間、締結ボルト31やナット32の回転によって補強具11,21が共回りしようとしても、係止片13c,23cまたは係止片14c,24cがフランジ1a,1a’の外周面1c,1c’に当接し、補強具11,21のフランジ1a,1a’に対する補強具11,21の共回りが防止されるため、締結ボルト31及びナット32の締結作業が容易である。なお、フランジ接合装置10を取り外すにあたっては、係止片13c,23cまたは係止片14c,24cがフランジ1a,1a’の外周面1c,1c’に当接するため、取外作業も容易である。
【0039】
なお、係止片13c,23c,14c,24cは、フランジ1a,1a’外周面1c,1c’との接触箇所が弾性力を有するゴム板や樹脂材等の緩衝部材によって構成されていてもよい。このような構成であれば、フランジ1a,1a’に係止片13c,23c,14c,24cが接触しても、フランジ1a,1a’に傷が生じることを防止することができる。
【0040】
締結ボルト31及びナット32の締め付けトルクが所定の値に到達することで、フランジ接合ユニット10Aの締付作業が終了する。これにより、
図6にてドット柄で示されるように、第1補強具11の基部12及び第2補強具21の基部22がフランジ1aのフランジ面1dまたはフランジ1a’のフランジ面1d’に圧接される。加えて、第1補強具11の延出部13,14及び第2補強具21の延出部23,24も、フランジ1aのフランジ面1dまたはフランジ1a’のフランジ面1d’に圧接される。
【0041】
すなわち、締結ボルト31及びナット32の締め付けトルクが、補強具11,21の基部12,22、延出部13,14,23,24に分散される。これにより、単に接続ボルト2a及びナット2bで接合した場合と比較して、一つのフランジ接合装置10で、フランジ1a,1a’における周方向の広い領域に、フランジ1a,1a’同士を近接させる方向に押圧力を及ぼすことができるとともに、締め付けトルクがガスケットPの局所に集中して作用しにくくなる。
【0042】
次いで、フランジ接合ユニット10Aとはフランジ1a,1a’における径方向反対側、すなわち
図3における12時方向に位置する接続ボルト2a及びナット2bのみを取り外す。そして、フランジ接合ユニット10Aと同様に、フランジ接合ユニット10Cを取り付ける。
【0043】
次いで、残り二組のうち、
図3における3時方向に位置する接続ボルト2a及びナット2bのみを取り外し、フランジ接合ユニット10A,10Cと同様に、フランジ接合ユニット10Bを取り付ける。
【0044】
最後に、
図3における9時方向に位置する接続ボルト2a及びナット2bのみを取り外し、フランジ接合ユニット10A,10B,10Cと同様に、フランジ接合ユニット10Dを取り付ける。
【0045】
すなわち、先に取り付けたフランジ接合ユニットに対して対角線上に位置する貫通孔1b,1b’に、次のフランジ接合ユニットを取り付けていく。これにより、例えば時計回り順にフランジ接合ユニットを取付ける構成と比較して、一対のフランジ1a,1a’同士の相対的な傾動、締め付けトルクの偏りが生じにくくなることから、略均一に各フランジ接合ユニットの締め付けトルクを所定の値に揃えやすくすることができる。なお、フランジ接合ユニット10A,10Cを取り付けた後、フランジ接合ユニット10Dを先に取り付けてもよい。
【0046】
そして、全てのフランジ接合ユニット10A,10B,10C,10Dを取付けた後、再度トルクレンチにて締め付けトルクを確認する。このとき、フランジ接合ユニット10A~10Dにおいては、上述したように、既設の接続ボルト2a及びナット2bと同様に、締結ボルト31及びナット32による締め付けトルクを所定の値に揃えるだけでよいため、特許文献1のフランジ接合装置のように、新規のボルトナットと補強具を併用し、交互に増し締めを行う構成と比較して、既設のガスケットPに対して押圧による過度な負荷が及ぶことを防止することができる。
【0047】
以上説明したように、本実施例のフランジ接合装置10は、締結ボルト31及びナット32の締結作用と同時に各延出部13,14がフランジ面1d,1d’に当接し、締結ボルト31及びナット32による締め付けトルクが、締結ボルト31及びナット32の位置からフランジ1a,1a’の周方向に分散されるため、既存のガスケットPに対して押圧による過度な負荷をかけずに、一対のフランジ1a,1a’に広い領域に亘って安定した押圧力を与えることができる。
【0048】
また、延出部13,14は、基部12を境とする対称形状であり、周方向に略均等に延びていることから、例えば延出部13だけを有する構成や、延出部13,14の周方向の長さが異なっている構成と比較して、締結ボルト31及びナット32による締め付けトルクが周方向両側に均等に分散されやすくなるため、締結ボルト31及びナット32で延出部13,14をフランジ1a,1a’に対して押圧させる効率がよい。
【0049】
また、延出部13,14は、リブ13b,14bを有しているため、締結ボルト31及びナット32の締付力を締結ボルト31及びナット32よりも離間した位置に及ぼすことができる。
【0050】
また、補強具11,21は、同一形状であるため、フランジ接合ユニット10Aを取り付けるにあたって、フランジ1a側に補強具21が配置されてもよく、取り付ける向きや対応する部材が限定されないことから、取付作業が容易である。
【0051】
なお、基部12には、締結ボルト31またはナット32の回り止めを成すための回止部材が設けられていてもよい。このような構成であれば、締結ボルト31及びナット32の締結作業を容易に行うことができる。
【0052】
また、既設の接続ボルト2a及びナット2bを取り外すにあたって、必要に応じて接続ボルト2a及びナット2bの近傍にシャコ万力等を取り付け、接続ボルト2a及びナット2bを取り外すことで失われる押圧力を補ってもよい。このようにシャコ万力等を取り付けることを想定して、隣り合うフランジ接続ユニットの間に隙間が形成されるように各延出部の長さが調整されていてもよく、または補強具11,21にはシャコ万力等との干渉を避けるための切欠部が形成されていてもよい。
第2補強具121は、第1補強具111とフランジ1a,1a’の軸方向に対称形状であり、フランジ面1d側に突出している基部122、板バネ状の延出部123,124を有している。
これにより、フランジ接合ユニット110Aを取り付けるにあたって、締結ボルト31及びナット32の締結作業を開始することで、先に第1補強具111の延出部113,114及び第2補強具121の延出部123,124それぞれの対向面113a,114a,123a,124aの周方向端が、対応するフランジ1aまたはフランジ1a’に当接する。
また、延出部113,114,123,124は湾曲形状であり、フランジ1a,1a’側に突出する基部112,122を有しているため、平坦形状である前記実施例1と比較して、フランジ面1d,1d’に錆こぶ、塗装の剥がれ等により凹凸が生じていた場合であっても、基部112,122及び延出部113,114,123,124それぞれの周方向端部を集中的に圧接させやすくなっている。すなわち、フランジ面1d,1d’の状態によらず、締結ボルト31及びナット32の締付力を締結ボルト31及びナット32よりも離間した位置に及ぼすことができる。
また、延出部113,114,123,124は、リブ113b,114b,123b,124bによって、弾性変形時に生じる復元力が高められている。なお、本実施例における延出部113,114,123,124は、リブ113b,114b,123b,124bを有している構成として説明したが、弾性変形を容易とするべく、リブ113b,114b,123b,124bが形成されていない構成であってもよい。